碳纖維熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗疲勞、耐熱性好等特點(diǎn)，是輕量化制造的重要材料，在航空航天、新能源汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。實(shí)現(xiàn)CFRTP材料之間及CFRTP與金屬材料之間高質(zhì)量的連接是其應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。激光連接技術(shù)具有速度快、強(qiáng)度高、振動(dòng)應(yīng)力、工藝靈活等特點(diǎn)，在CFRTP與金屬材料連接上較膠結(jié)、機(jī)械連接等技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)制造技術(shù)所激光與智能能量場(chǎng)制造團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)深圳研究院合作，對(duì)CFRTP/異質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)的激光連接機(jī)理和工藝進(jìn)行了研究。利用激光直接連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了CFRTP與不銹鋼的連接，研究了界面狀態(tài)對(duì)CFRTP/不銹鋼激光連接質(zhì)量的影響規(guī)律，對(duì)接頭的連接機(jī)理和失效機(jī)制進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)缺陷控制工藝進(jìn)行了探索性研究，相關(guān)成果發(fā)表在《材料加工技術(shù)雜志》（Journal of Materials Processing Technology）上；在考慮CFRTP/不銹鋼界面接觸熱導(dǎo)率的基礎(chǔ)上建立了激光連接熱效應(yīng)數(shù)學(xué)模型，利用有限元方法對(duì)連接熱效應(yīng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，分析發(fā)現(xiàn)該模型可準(zhǔn)確表征夾具壓力對(duì)激光連接質(zhì)量的影響，較傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可有效提高熱效應(yīng)仿真的準(zhǔn)確性，相關(guān)研究發(fā)表在《中國(guó)激光》 (2017,44(4):0402002.）上；通過(guò)對(duì)金屬界面進(jìn)行微織構(gòu)處理可顯著提高連接強(qiáng)度，申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)，授權(quán)1項(xiàng)（熱塑性復(fù)合材料焊接方法CN201510014414.4）。
該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金“兩化融合”聯(lián)合基金（U1609208）、浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目（2017C31082）、中科院青促會(huì)（2017343）、深圳市基礎(chǔ)研究布局項(xiàng)目（JCYJ20150529162228734）的支持。
圖1 CFRTP/不銹鋼接頭中的氣泡
圖2 拉伸試件斷裂形貌
圖3 熱接觸模型和傳統(tǒng)模型比較及熱效應(yīng)仿真
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